SISTEMAS DE CONTROL DE VENTILACIÓN Y CLIMATIZACIÓN

Curso de Higiene Industrial Unidad Didáctica Nº 6

RECAI 107

SISTEMAS DE CONTROL DE VENTILACIÓN Y CLIMATIZACIÓN


RECAI 108

6.1 INTRODUCCIÓN

La ventilación es la técnica que permite sustituir el aire interior de un local, considerado inconveniente por su falta de pureza, temperatura inadecuada o humedad excesiva, por otro exterior de mejores características. El sistema de ventilación permite cambiar, renovar, y extraer el aire interior de un recinto y sustituirlo por aire nuevo del exterior.

El aire que respira el hombre en el trabajo puede estar contaminado por aerosoles, humos, gases y vapores; este ambiente, puede afectar en cierto grado a la salud de los trabajadores y tener consecuencias negativas en la producción y en el medio ambiente. Por otra parte, hay que tener en cuenta que la nocividad de los contaminantes depende entre otros factores de su naturaleza y concentración. Así, cantidades muy pequeñas de algunos contaminantes pueden crear un daño real. Las atmósferas contaminadas no sólo representan un riesgo para el trabajador, sino que además suponen un costo elevado para la producción y unas pérdidas considerables. Por lo tanto, luchar contra la contaminación significa eliminar o reducir la cantidad de contaminantes de efecto nocivo conocido en el hombre al nivel más bajo posible y, además, tomar conciencia del progresivo y uso abusivo de gran cantidad de materiales cuya toxicidad potencial cuando están presentes en los ambientes laborales no es aún conocida. También hay que estar alerta frente a ese enemigo, a veces invisible, y de cuyo efecto se termina por acostumbrar. Técnicamente existe una necesidad de captar los contaminantes y conseguir una buena ventilación en los locales de trabajo, considerando a la vez economía y optimización de la energía. En la metodología hay un primer paso en el que se efectúa la detección y evaluación del riesgo en atmósferas contaminadas, explosivas o de calor, tomando como criterios de referencia el progreso técnico para el reconocimiento de riesgos y mejora de las condiciones de trabajo, la legislación existente y el nivel de acción prefijado. A continuación, se analizarían los métodos y medios de reducción de la contaminación, atendiendo a los principios generales en los que se apoya el diseño, la implantación y el mantenimiento de los sistemas de captación y de ventilación, sin olvidar los problemas que causan en la calefacción de locales y la economía de energía.


RECAI 109

6.2 PROPIEDADES DINÁMICAS DE LOS CONTAMINANTES EN EL AIRE

1. Comportamiento de las partículas en suspensión.

Sobre una partícula que se mueve a través de un fluido actúan una fuerza externa, generalmente la gravedad, la fuerza de flotación y la fuerza de rozamiento, y su magnitud depende fundamentalmente de la masa y velocidad de la partícula y de las densidades de ésta y del aire. Las fuerzas de rozamiento se determinan siempre por experimentación, salvo en el caso de esferas, a velocidades bajas. Para cada forma y orientación de la partícula existe una relación diferente entre el coeficiente de rozamiento y el número de Reynolds, en el caso de un fluido no compresible y que depende del diámetro y velocidad de caída de la partícula y de la viscosidad del fluido en el que se mueve.

• Para números de Reynolds bajos (R<2, es decir régimen laminar), la fuerza de rozamiento que actúa sobre una esfera sigue la ley de Stockes, es decir el coeficiente de rozamiento sólo depende de R.

• Para números de Reynolds entre 500 y 200.00 o régimen turbulento se verifica la ley de Newton y el coeficiente de rozamiento permanece constante y con un valor promedio convencional de 0,44.

• Entre Reynolds de 2 y 500 las cosas no son sencillas y el valor del coeficiente de rozamiento se obtiene en función de R.

La velocidad límite se alcanza cuando la fuerza debida a la gravedad se iguala a la de rozamiento, y en el caso que nos ocupa se llega a un valor de ésta diferente según rango en el que se cumple la ley de Stockes, en zona intermedia y en el intervalo de Newton. Las partículas por debajo de un cierto peso y tamaño no pueden alcanzar velocidades lo suficientemente elevadas para sobrepasar el movimiento laminar. Así en el campo de fuerzas gravitatorias, el polvo fino no tiene movimiento independiente del aire en el que se encuentra suspendido. Si la partícula se proyecta por una acción mecánica a una velocidad elevada en su movimiento se puede prescindir de la gravedad inicialmente. Cuando la velocidad desciende a los valores de régimen laminar los efectos de la gravedad ya no son despreciables. Se consideran partículas inerciales, aquéllas cuyo peso es tal que caen rápidamente por gravedad y se denominará polvo fino, las que tienden a permanecer en suspensión en el aire. El límite de tamaño en el primer caso


RECAI 110

depende de la VELOCIDAD y de la DENSIDAD (Ø mínimo de 50-100 μm), y en el segundo, es decir el polvo fino, entre 10 y 20 μm y que es el que tiene importancia en Higiene Industrial si se refiere a prevenir la salud. El tipo de polvo que interesa en Higiene es aquel que se encuentra suspendido en el aire y que carece de peso y de independencia en su movimiento. Por tanto, las partículas finas de Ø<50 μm que sedimentan en aire en calma, permanecen en suspensión, y siguen la ley de Stockes. En el cálculo de la velocidad límite para partículas de Ø<1 μm se necesitan hacer ciertas correcciones en función del diámetro aerodinámico y que se define como el diámetro de una esfera de densidad unidad respecto del agua y con velocidad de caída igual a la de la partícula. Así partículas emitidas en una muela a una velocidad inicial alta de 50,8 m/s (183 Km/h), la distancia recorrida hasta pararse varía según tamaño y va de 55 m (Ø=2 mm.) a 1 mm. (Ø=2 μm). Las partículas gruesas, sin apenas peligro para las vías respiratorias, tienen una gran energía cinética que les permite recorrer grandes distancias si se proyectan inicialmente a gran velocidad; su control se hará mediante sistemas de captación que se interpongan en su trayectoria. A veces, en su movimiento son acompañadas por partículas más pequeñas. 2. Mecanismos de dispersión de las partículas en aire A) GENERACION DE POLVO.- Así se entiende a todo proceso mecánico o físico,

pero no molecular, por el que el polvo o niebla queda suspendido en el aire desde su estado previo de reposo. La acción primaria de generación de polvo puede ser una acción mecánica o neumática que proyecta partículas a alta velocidad desde su estado de reposo al aire próximo o bien por corrientes de aire secundarias que transportan el aire pulverulento a un lugar alejado de donde se formó.

Un impacto genera polvo fino que se expele de los poros del material


RECAI 111

El arrastre de aire detrás de los movimientos inerciales de elevada velocidad suele ser una causa de acción primaria de generación de polvo. A su vez el movimiento de inerciales sirve como medio de transporte para el polvo fino formado en el mismo proceso. Puede ocurrir la generación de polvo como es el caso de una muela de pulido en contacto con una pieza y en la que desprenden cantidades continuas de inerciales, a altas velocidades que induce después a una corriente de aire unidireccional y que servirá de medio de transporte para el polvo fino. Así, ambas clases de partículas se mueven conjuntamente en una misma corriente, pero por diferentes mecanismos. Otra causa primaria en la generación de polvo es una súbita expulsión de aire de los espacios porosos del material.

Corrientes turbulentas de aire inducidas como estela detrás de un objeto con alta

velocidad. a) vehículo b) placa plana c) partícula sólida.

Muela de superficie: captación de partículas gruesas y finas. Disponer los sistemas de captación aprovechando los movimientos naturales de los contaminantes.


RECAI 112

La dispersión del polvo suspendido se produce por las corrientes de aire secundarias que a veces no son parte integrante de la acción de generación; un ejemplo típico se da en los martillos neumáticos durante la perforación de piedra. La inducción de una corriente de aire con el material, en la que la partícula aporta una componente de arrastre y con el efecto final de inducir una corriente de aire idéntica a la descrita en la generación de polvo unidireccional, es un fenómeno típico de manipulación de materiales como en las cadenas de transporte, los elevadores o en el vertido en silos. B) GASES Y VAPORES.-

Las mezclas moleculares de un gas o vapor son permanentes, es decir no puede haber separación espontánea de las moléculas pesadas frente a las más ligeras. La relación de densidades o la densidad relativa es:

La máxima cantidad de vapor o concentración de éste en el aire está limitada por la presión de vapor del disolvente a la temperatura dada, si se trata de un recipiente cerrado o en superficies en zonas cercanas al disolvente evaporado. Concluyendo, concentraciones de un vapor comprendidas entre 0,1 y 0,5% es lo que normalmente se encuentra en problemas de ventilación. Si bien la gravedad no influye en el comportamiento de un gas en el aire, la variación de densidad con la temperatura del aire, como por ejemplo al contacto con una superficie caliente, puede provocar efectos importantes en los movimientos del aire.


RECAI 113

6.3 VENTILACIÓN POR EXTRACCIÓN LOCALIZADA 1. Principios del flujo de aire en conducciones. En el movimiento de un fluido puede diferenciarse dos clases de flujo, llamados LAMINAR y TURBULENTO, según sea el número de Reynolds bajo o alto. El flujo en un conducto de ventilación es, en la práctica, siempre turbulento y se caracteriza porque las partículas del fluido se mueven siguiendo trayectorias muy irregulares y por la aparición de un gran número de torbellinos que se forman y se destruyen constantemente en el seno de la corriente fluida. La velocidad en cada punto del fluido no es constante, como ocurría en un régimen laminar, sino que varía aleatoriamente con el tiempo oscilando alrededor de su valor medio. El tipo de flujo en conductos puede deducirse a partir del número de Reynolds, en función del diámetro del conducto y de la velocidad, densidad y viscosidad del fluido (Cuando el número de Reynolds es inferior a 2100 el flujo es laminar; para valores superiores a 4000 se considera turbulento): En el caso de aire en las condiciones usuales de ventilación, el flujo es siempre turbulento. 2. Conductos y puntos singulares: Pérdida de carga Para conseguir la circulación de aire en un conducto se necesita una determinada diferencia de presión entre sus extremos. Esto se debe a que el conducto al ofrecer una resistencia al paso de aire provoca una pérdida de energía igual a la necesaria para establecer dicha diferencia de presión. A esta pérdida de energía se le llama pérdida de carga.

A.- Tuberías rectas.

En ventilación industrial la rugosidad relativa varia poco de unas aplicaciones a otras, por lo que se puede obtener la pérdida de carga por unidad de longitud mediante gráfica, en función del diámetro y de la velocidad o del caudal.

En el caso de conductos rectangulares se calculará el diámetro equivalente mediante gráfica.

B.- Puntos singulares. Así se consideran los codos, estrechamientos, ensanchamientos, uniones, etc. En este caso la pérdida de carga se puede calcular por dos procedimientos: • Como longitud de tubería recta equivalente del punto singular, según figura. • Como una fracción de la presión dinámica y el coeficiente de proporcionalidad se

obtiene por gráficas.


RECAI 114

3. Elementos de captación: campanas de aspiración Los contaminantes en Higiene Industrial carecen en la práctica de inercia, tal y como se ha visto anteriormente; su movimiento viene determinado por las corrientes de aire que existen en el punto considerado. Así, la eficacia de una campana depende de su capacidad para generar en las cercanías del foco emisor del contaminante, velocidades de aire que contrarresten las corrientes ya existentes en la zona, ya sean éstas creadas por el proceso en sí o por algún fenómeno relacionado.

Uso de pantallas evitando una mala captación por las corrientes de aire laterales.

Para conseguir la velocidad de aire necesaria en puntos concretos, en el proyecto se ha de tener en cuenta:

− el diseño geométrico − el cálculo de la pérdida de carga.

Captación de los contaminantes induciendo una velocidad de aire suficiente.

La bibliografía describe gran número de campanas, según el proceso industrial considerado; existen fórmulas experimentales que con sencillez obtienen el caudal necesario y la pérdida de carga.


RECAI 115

4. Curva característica del sistema. Sí un ventilador se acopla a un conducto para impulsar aire hacia el interior del mismo y efectuamos una serie de medidas de las presiones estática, dinámica y total a lo largo del mismo se comprobará que la presión dinámica se mantiene constante, según se desprende de la ecuación de continuidad dada la constancia del producto de la sección por la velocidad. Por otra parte, la presión total a lo largo de la canalización disminuye siempre en la medida en que aumenta la pérdida de carga. Como consecuencia, la presión estática también disminuye en la misma cantidad, ya que su valor es la diferencia entre las presiones total y dinámica, llegando a valer cero (presión atmosférica) a la salida del conducto. Sí el ventilador ahora en vez de impulsar se coloca para que succione, los resultados de las medidas de la presión dinámica serán los mismos, pero en cambio las presiones total y estática habrán invertido su signo y además la presión estática en valor absoluto supera ahora a la presión total. Sí se representan gráficamente los valores de las presiones en ordenadas y en abscisas la longitud de la canalización se obtiene los llamados perfiles de presión en conductos. Sí finalmente se dispone ahora un conducto a cada lado del ventilador, de iguales dimensiones y características, los resultados que se obtienen de las medidas darán como presión dinámica un valor notablemente inferior y unas presiones estáticas lógicamente superiores, al haberse duplicado la longitud de la tubería aumentando también las pérdidas de carga en la misma. En un caso real con un ventilador aspirando por un conducto con dos tramos de secciones distintas e impulsando aire hacia una canalización en la que hay un obstáculo (una viga, por ejemplo) se observará que cada vez que se produce un ensanchamiento en el conducto la presión dinámica baja, debido al descenso de la velocidad que experimenta el aire y al tiempo la presión estática aumenta. Se llama curva característica de una conducción, o un conjunto de conductos que desembocan en un conducto general, a la gráfica que representa la variación de pérdidas de carga producidas al circular por ella el aire, en función del caudal del mismo.

5. Elementos ventiladores Los ventiladores son máquinas rotativas, capaces de desplazar de forma continua el fluido gaseoso en el que se mueven. Se componen de: hélice o rodete su elemento rotativo, soporte o componente estructural del ventilador y motor o elemento que acciona la hélice o rodete. Hay hélice cuando la dirección de salida del aire es sensiblemente axial, es decir paralela al eje, y rodete sí el aire sale radial o sea perpendicular al eje. La hélice mueve grandes volúmenes de aire aumentando poco su presión estática y el rodete lo hace con volúmenes más pequeños, pero con posibilidad de aumentar mucho su presión estática.


RECAI 116

Las presiones de trabajo son lo suficientemente bajas como para que la compresión del aire sea despreciable. Sí la sobrepresión alcanza valores superiores a 1000 mm columna de agua (c.d.a.) se les denominan SOPLANTE o TURBO-COMPRESOR. Tanto en la hélice como en el rodete se define el álabe o pala como la superficie activa, y el disco del rodete que soporta a los álabes. En los ventiladores de hélice el soporte suele tener una embocadura lo que hace aumentar el rendimiento. Los ventiladores de rodete se montan en una voluta que hace posible el uso de la energía comunicada al aire. A veces se montan unas directrices o álabes colocados a la entrada o salida del ventilador y que aumentan el rendimiento al producir una corriente axial de aire a la salida. El motor es normalmente eléctrico, aunque alguna vez las hélices se mueven por aire comprimido o vapor, y puede ser por accionamiento directo o mediante transmisión. Los ventiladores se pueden clasificar: a) Por su aplicación:

• Impulsores cuando se necesita alcanzar una cierta velocidad incidiendo sobre persona o cosa.

• Extractores para trasladar aire entre dos espacios distintos. b) Por su construcción:

• centrífugos que pueden ser: con álabes curvados hacia adelante, radiales o curvados hacia atrás.

• Axiales de perfil delgado con pala de gran superficie y perfil de espesor constante o de perfil sustentador con sección no uniforme.

c) Por la presión que desarrollan:

• Baja presión: tipo centrífugo con rodetes anchos y pequeña velocidad de giro o tipo axial común.

• Media presión: tipo axial especial o centrífugo de rodetes más estrechos y

ventiladores de giro medias.

• Alta presión: centrífugos de gran diámetro, de pala muy estrecha y una gran velocidad de giro.


RECAI 117

Ya se ha dicho que los ventiladores son las máquinas encargadas de proporcionar al aire la energía necesaria para compensar la pérdida de carga; el aporte energético efectuado se pone de manifiesto en el aire a través de un aumento de su presión. En la extracción localizada se usan los ventiladores centrífugos ya que son los únicos capaces de vencer las pérdidas de carga relativamente elevadas que se producen. Estos, se caracterizan porque el aire penetra a través de ellos por una abertura concéntrica con el eje del rodete que gira a gran velocidad y está provisto de álabes en su periferia. El aire circula al exterior por la fuerza centrífuga y abandona el rodete recogiéndose en una carcasa (voluta) y sale por una conducción tangencial al rodete. Así, el aire ejecuta un giro de 90º en el ventilador lo que provoca turbulencias y un rendimiento mecánico relativamente bajo. La velocidad de rotación permite vencer las pérdidas de carga y tantos mayores cuanto más bajo es el caudal de aire; en otras palabras, no debe decirse que un ventilador, a una velocidad dada, produzca un caudal determinado, sino que éste es función de la pérdida de carga que deberá vencer.

Selección de los ventiladores.- Los catálogos comerciales acostumbran a indicar la presión estática que un ventilador es capaz de proporcionar. En la extracción localizada éste suele colocarse en el extremo de la conducción y la citada presión estática del catálogo


RECAI 118

viene a coincidir, en número, con la pérdida de carga que el ventilador es capaz de superar. Así en la selección de un ventilador es necesario seguir el proceso siguiente: - cálculo del caudal, a partir del diseño de campana y según el proceso. - diseño geométrico de la conducción. - cálculo de la pérdida de carga al circular el caudal nominal - elección del ventilador que a ese caudal sea capaz de dar la presión estática más

próxima a la pérdida de carga acumulada.

6. Elementos depuradores Un separador de contaminantes en el aire forma parte del conjunto de VENTILACION por EXTRACCION LOCALIZADA y sirve para evitar el riesgo de contaminar la atmósfera. La necesidad de SEPARACION de los CONTAMINANTES está marcada por aspectos tales como: - rentabilidad

- eliminar problemas de contaminación ambiental y de la salud.

- limpieza del aire a introducir en el local y exigencias del proceso.

Un depurador es un aparato o sistema capaz de retener en mayor o menor proporción uno o varios de los contaminantes arrastrados por un gas o liquido portador. Su eficacia será tanto mayor cuanta más retención logre y ésta dependerá de las características del contaminante, del gas portador.... La eficacia, se define como la relación entre la cantidad de contaminante recogida y la cantidad que entra en el separador. En los sistemas de limpieza de aire hay que considerar los aspectos siguientes:

− grado de eliminación requerido

− cantidad y características del contaminante a eliminar

− características y condiciones del gas o aire portador

Una clasificación convencional de los sistemas de limpieza de aire puede ser:

− COLECTORES DE POLVO

− FILTRADORES DE AIRE: ventilación, aire acondicionado, calefacción.


RECAI 119

EQUIPOS DE RECOLECCIÓN DE POLVO.- Se han de tener en cuenta los aspectos siguientes: • Características, concentración y tamaño de la partícula contaminante • Eficacia de separación requerida • Características de las corrientes de aire: temperatura, humedad, composición. • Métodos disponibles y las formas de descarga: trampillas o por válvulas. Habrá que tener también en cuenta: la naturaleza del contaminante y su riesgo potencial, la molestia pública o su capacidad de dañar, requisitos del local o regulaciones sobre contaminación atmosférica, localización de la planta respecto de granjas, ciudades o zonas residenciales... La evaluación del rendimiento de un separador se basa en las medidas de cantidades de contaminantes que entran, salen y son retenidas por el separador. Entre los principales colectores de polvo tenemos:

• SEPARADORES MECANICOS: COLECTORES DE POLVO.- El ciclón es el separador de polvo más común que aprovecha la fuerza centrífuga para efectuar la separación; pueden ser de baja y alta eficiencia. Consiste en un cono por el que entra el aire con un ángulo determinado y va girando a lo largo de éste y hacia abajo y que una vez llegado al vértice, la corriente de aire asciende por la parte central y sale del cono. El ciclón de baja eficacia es de bajo coste y mantenimiento económico; tiene caída de presión baja pero no es eficiente para partículas pequeñas. La eficiencia suele aumentar con la pérdida de carga. Los ciclones de alta eficiencia se montan combinando varias unidades d pequeño tamaño y alta resistencia.

• SEPARADORES INERCIALES.-

Son equipos que consiguen separar las partículas suspendidas provocando cambios bruscos en la dirección del aire y que da lugar a la aparición de una fuerza centrífuga y/o al impacto sobre obstáculos diseñados con ese fin.

• CAMARAS DE SEDIMENTACION.-

Se trata de una cámara lo suficiente amplia como para que la velocidad del aire que entra en ella se reduzca lo suficiente y dé lugar a que las partículas suspendidas tengan tiempo de depositarse. En su interior se pueden colocar placas horizontales con objeto de reducir la distancia vertical que tienen que recorrer las partículas antes de su deposición. Se suelen emplear para materiales voluminosos dado que el polvo que por su tamaño presenta riesgo higiénico no se llega a depositar en un tiempo razonable.


RECAI 120

• PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS.-

Los precipitadores electrostáticos son de alta eficacia, pero costosos. Son aparatos de un alto rendimiento que puede llegar al 99%. Las fuerzas de separación son de carácter eléctrico y el mecanismo tiene lugar en dos etapas:

− ionización de las moléculas que componen el medio que separa dos electrodos entre los que se ha establecido una d.d.p., seguida de la ionización de las partículas que atraviesan dicho medio al chocar con las moléculas ionizadas.

− transporte de las partículas cargadas por la acción del campo eléctrico y su deposición y descarga en el electrodo correspondiente.

Los iones gaseosos generados por la diferencia de potencial chocan con las partículas y las carga eléctricamente. El campo eléctrico actúa sobre ellas y las mueve hacia el colector. Cuando la cantidad de polvo es grande hay que colocar previamente colectores primarios.

• FILTROS.-

Principio de funcionamiento:

− efecto tamiz, deteniendo partículas de diámetro superior al de los poros − efecto impacto, contra la trama del filtro y la retención, por los cambios de

dirección del aire. Por ser un fenómeno inercial lo sufren principalmente las partículas de mayor tamaño.

− efecto de difusión, para partículas de décimas de micra e inferiores, al comportarse como gases en su movimiento browniano.

Clasificación y descripción: existen muchas variedades de material filtrante (tejido, papel, conglomerado de material fibroso y lechos filtrantes) y todos requieren una sustitución o limpieza periódica.

• SEPARADORES HIDRAULICOS.-

Usan un líquido, generalmente agua, para retener las partículas que se separan en forma de fangos. Los mecanismos más típicos de separación son el impacto y la condensación.

− Impactación: las partículas por su inercia chocan contra el líquido y

quedan retenidas. El líquido puede formar una película sobre distintos soportes, por los que circula el gas portador que sufre cambios bruscos de dirección, o estar en forma de gotas en el seno de dicho gas, una vez pulverizado. Como en cualquier mecanismo inercial, son las partículas de mayor tamaño las que con preferencia chocan y se retienen en el líquido.


RECAI 121

− Condensación: cuando un gas saturado de vapor de agua, que contiene partículas en suspensión, se somete a un descenso brusco de presión parte del vapor se condensa sobre las partículas que actúan como núcleos de condensación. La aglutinación de partículas mojadas y los fenómenos de coalescencia dan lugar a gotas de tamaño apreciable, susceptibles de separarse con facilidad.

• OTROS COLECTORES HÚMEDOS:

Los colectores dinámicos húmedos son parecidos a los dinámicos secos excepto que las paletas se rocían con agua.

Los colectores tipo orificio se diseñan para poner el aire en contacto con una corriente laminar de agua, en una zona restringida.

En los filtros para niebla: se pulveriza el agua a alta presión en gotas finas con pulverizadores de tipo centrífugo para aumentar la probabilidad de que contacten con el polvo. Son de alta eficacia. Entre estos colectores se encuentran los: − Separadores por Absorción − Separadores por Adsorción − Separadores por Combustión Separadores por Absorción

La separación consiste en transferir el contaminante (gas o vapor) de una fase gas (gas portador) a otra líquida (lavador). Las moléculas del contaminante se separan por difusión, atraviesan la interfase gas/líquido, reaccionan o se solubilizan y, finalmente, se difunden en la fase líquida. Los aparatos comerciales difieren entre sí, aunque se parecen a los de separación de polvo por métodos húmedos si bien el mecanismo de separación es distinto. Los más comunes son las torres de relleno. El material del interior ocupa una gran superficie. El líquido desciende por la torre mojando el relleno y entra en contacto con el gas contaminado que circula en contracorriente o en la misma dirección. El líquido es agua o cualquier otra disolución acuosa de un producto químico. Las torres de relleno o de platos tienen un rendimiento entre 60-90% y la pérdida de carga varia de 2 a 10 cm, en condiciones ligeramente inferiores a las de inundación.

Separadores por Adsorción


RECAI 122

Ciertos sólidos tienen la propiedad de retener selectivamente en su superficie algunos gases y vapores. Presentan una gran superficie específica por la porosidad de su estructura capilar. La adsorción puede ser física, por fuerzas de Van der Waals o química siendo ambas exotérmicas por lo que el aumento de la temperatura favorece la desorción. La presión tiene importancia en la adsorción física pero no en la química. La separación se efectúa en dos etapas:

− transporte del contaminante por difusión, desde el gas portador a la superficie del sólido.

− adsorción del contaminante, seguida de reacción química en el caso de adsorción química.

La velocidad de adsorción depende de las velocidades de cada una de las etapas y de la capacidad de adsorción de la superficie, de la presión y de la temperatura.

Separadores de Combustión

Sí el gas o vapor se puede oxidar y transformar en sustancias inocuas se aplica la combustión que se puede efectuar por llama directa o usando catalizador.

7. Normas para diseño de un sistema de extracción localizada A la hora de plantearse el diseño de un sistema de ventilación habrá que tener en cuenta en cada uno de los componentes las siguientes consideraciones: a) campana: • Seleccionar según el tipo, dimensión y localización adecuada, teniendo en cuenta

el tipo de proceso y las condiciones básicas de diseño. • No interferir con la campana el trabajo habitual del operario. • Determinar la velocidad de captura y el caudal según el tipo de proceso,

propiedades del contaminante, velocidad y dirección de la emisión, tipo de campana y eficacia de captación requerida.

b) conductos: • Dimensionar el conducto, considerando la velocidad mínima de transporte y los

posibles problemas de ruido. • Equilibrar la red de conductos cuando se trate de una red ramificada de

extracciones localizadas. c) depurador: • Seleccionar según el tipo de contaminante. • Dimensionar según el caudal de aire y cantidad de contaminante a eliminar.


RECAI 123

• Estimar la pérdida de carga en el depurador. d) ventilador: • Determinar la presión estática necesaria en el ventilador, teniendo en cuenta las

pérdidas de carga en la campana, en el conducto, depurador y en la descarga. • Elegir el ventilador más adecuado, según el caudal necesario y la presión

estimada.

6.4 EQUIPOS DE MEDIDA DE FLUJO DE AIRE En general, los sistemas de ventilación deben ser comprobados tanto en el momento de su instalación, como de forma periódica para poder detectar los fallos que puedan dar lugar a averías. La determinación de ciertos parámetros, como el caudal, la velocidad y las presiones, permite:

• Determinar si el sistema recién instalado funciona según las previsiones del diseño.

• Efectuar el seguimiento de la instalación, detectando obstrucciones, roturas, fallos del ventilador, etc.

• Comprobar si el sistema tiene suficiente potencia para admitir, en su caso, instalaciones adicionales.

• Obtener datos del funcionamiento satisfactorio, con objeto de aplicarlo a nuevas instalaciones.

• Determinar si el sistema cumple con las especificaciones establecidas en normativas legales, si es el caso.

Para la verificación de los sistemas de ventilación localizada, el parámetro más importante a medir es el caudal, aunque la mayoría de los aparatos miden velocidad en un punto, por lo que para calcular el caudal es necesario determinar además de la velocidad media, el área de la sección del conducto o de la abertura en el punto de medida. Tipos de equipos de medida El método más habitual para determinar la velocidad del aire consiste en medir las presiones de aire existentes en una sección recta de conducción, que, junto con la densidad del aire, nos permite calcular la velocidad del mismo. No obstante,


RECAI 124

también existen diversos instrumentos que son adecuados para la lectura directa de la velocidad del aire en las instalaciones de ventilación. 1. Medida de la presión

Los medidores de presión por excelencia son los manómetros. Existen de diferentes tipos siendo el más convencional el de tubo vertical en forma de "U" que están graduados y calibrados. Generalmente están llenos de agua, aunque también pueden contener dos líquidos inmiscibles. En algunos casos se hace necesario utilizar un manómetro de rama inclinada cuando se requiere mayor exactitud o se van a leer valores muy bajos de presión. Existen gran variedad de modelos comerciales que ofrecen distintos márgenes de medida y unidades de calibración. A continuación, se incluye un esquema de éstos.

Actualmente se utilizan con mucha frecuencia los manómetros llamados aneroides, siendo el más conocido el Magnehelic. Son equipos muy empleados en medidas de campo para estudios de ventilación, ya que tienen como ventajas el ser portátiles (pequeño tamaño y peso); y la ausencia de fluidos en su interior, que permite su utilización en cualquier posición sin pérdida de exactitud. Por último, hay que destacar los manómetros aneroides electrónicos que además de ser muy ligeros y de pequeño tamaño van provistos de indicador electrónico digital que facilita su lectura.


RECAI 125

Los manómetros son sistemas que determinan diferencias de presiones. Así, cuando se conectan las dos ramas a dos puntos de una instalación, la diferencia entre las ramas indica la diferencia de presiones entre esos dos puntos. Si solo se conecta una de las ramas a un punto de la instalación y la otra se deja abierta al ambiente, se determinará la diferencia de presión en ese punto respecto a la atmosférica. 2. Estimación del caudal En general la determinación del caudal (Q) de circulación de un fluido se realiza indirectamente mediante el cálculo de su velocidad (v), a partir de la presión dinámica, y el área transversal (A) de la sección considerada de acuerdo con la expresión:

Q = v . A (7) Cuando un fluido circula por el interior de una conducción la distribución del perfil de velocidades del mismo no es uniforme, es decir, las velocidades no son iguales en todos los puntos de una misma sección, sino que presenta formas muy diversas, dependiendo de las características de la conducción, tipo, proximidad de accesorios, etc. A continuación, se representan algunos de estos medidores de flujo de aire: Para estimar el caudal necesitamos recoger los siguientes datos: • La presión dinámica en cada uno de los puntos de lectura • La temperatura del aire en el momento y lugar de la medida • El área de la sección recta del conducto en donde se efectúa la medida Con las lecturas de las presiones dinámicas se calculan las velocidades en los diferentes puntos, obteniendo una velocidad media como promedio de las calculadas. El caudal a la temperatura del conducto se obtendrá de la multiplicación de dicha velocidad media por la sección considerada.


RECAI 126

3. Medida de la velocidad del aire Como ya se comentó anteriormente, existen diversos tipos de instrumentos de campo que miden directamente la velocidad del fluido. Estos instrumentos se utilizan en las aberturas de aspiración o impulsión, ó si su tamaño lo permite en el interior de las conducciones de los sistemas de ventilación. Lo que se hace en la práctica es realizar medidas de la velocidad en una serie de puntos en un plano, promediando los valores obtenidos. Al igual que anteriormente, la velocidad media resultante junto con la sección del plano de medida se emplea para determinar el caudal. No obstante, hay que señalar que, debido a la dificultad que presenta la medida del área de la sección y la rápida variación de la velocidad, los resultados obtenidos deben considerarse como una aproximación al valor real del caudal. Todos estos instrumentos deben emplearse siguiendo estrictamente las instrucciones y recomendaciones del fabricante. Entre instrumentos tenemos:

• Anemómetros de álabes rotativos • Velómetros • Termoanemómetros • Tubos de humo y gas trazador

Anemómetros

Detección con gas trazador Termoanemómetros

Velomómetros


RECAI 127

4. Selección de los instrumentos de medida La selección del instrumento más adecuado depende de una serie de factores como son:

− Las condiciones ambientales en las cuales se va a medir (temperatura, humedad, gases corrosivos, ambientes pulvígenos etc.).

− La sensibilidad del aparato en el margen de medida.

− La localización de los puntos de medición (existencia de orificios disponibles, diámetro de los mismos, etc.).

− La facilidad de transporte y robustez.

En algunos casos, las condiciones de medida son tan severas que hace difícil encontrar el instrumento adecuado, pero en general se puede decir que el tubo Pitot es el más utilizado debido de que no tiene partes móviles, es robusto y resiste temperaturas elevadas y atmósferas corrosivas si es de acero inoxidable. Para en ambientes con polvo en suspensión en donde el Pitot convencional puede obstruirse se han diseñado modelos especiales. Su limitación, como ya se ha comentado, son las velocidades bajas. En estos casos, se puede emplear velómetros provistos de un filtro especial para polvo si se da esta circunstancia y teniendo la precaución de no exponer la sonda durante más de 30 segundos si la temperatura del aire es del orden de 500ºC. Por último, y cuando las velocidades a medir sean muy bajas se utilizarán anemómetros de termopar, con la limitación de que la temperatura del aire no debe ser superior a 150 ºC con objeto de que la sonda no se vea afecta.


RECAI 128

6.5 LA CLIMATIZACIÓN

La climatización consiste en crear unas condiciones de temperatura, humedad y limpieza del aire adecuadas para la comodidad dentro de los espacios habitados. La normativa española ha abandonado cualquier referencia al aire acondicionado, por ser una expresión equívoca, ya que parece referirse exclusivamente a la refrigeración (climatización de verano), cuando en realidad debería referirse al acondicionamiento del aire en todas las épocas, verano e invierno. La climatización puede ser natural o artificial.

La climatización tiene dos vertientes: la calefacción, o climatización de invierno, y la refrigeración o climatización de verano.

La comodidad térmica, importante para el bienestar, está sujeta a tres factores:

• El factor humano: La manera de vestir, el nivel de actividad y el tiempo durante el cual las personas permanecen en la misma situación, influye sobre la comodidad térmica.

• El espacio: La temperatura radiante media de los paramentos del local considerado y la temperatura ambiental.

• El aire: Su temperatura, velocidad y humedad relativa.

Entre estos factores, el humano puede ser muy variable, puesto que depende del gusto o actividad de las personas. Los otros factores pueden controlarse para ofrecer una sensación de bienestar.

El cambio de la manera de construir los edificios, los métodos de trabajo, y los niveles de ocupación han creado nuevos parámetros a los que los diseñadores ahora deben prestar atención. Los edificios modernos tienen más carga térmica que hace 50 años, por varios motivos:

• La temperatura exterior: los elementos separadores del interior de los edificios con el exterior no son impermeables al paso del calor, aunque pueden aislarse convenientemente. El calor pasa desde el ambiente más cálido al ambiente más frío dependiendo de la diferencia de temperaturas entre ambos ambientes.

• La radiación solar: Con el desarrollo de los nuevos edificios, las nuevas técnicas han favorecido el empleo del cristal y el incremento térmico es considerable en verano cuando la radiación solar los atraviesa, pero es favorable en invierno, disminuyendo las necesidades de calefacción. El acristalamiento excesivo no es deseable en climas cálidos, pero si en climas fríos. Incluso en cerramientos opacos, no acristalados, calienta la superficie exterior aumentando el salto térmico exterior interior y, por lo tanto, el paso del calor por los cerramientos opacos.


RECAI 129

• La ventilación: La introducción de aire exterior en el edificio puede modificar la temperatura interna de éste, lo cual puede suponer un problema cuando el aire exterior está a 30 °C.

• La ocupación: El número de ocupantes aumenta en los edificios, generando cada uno entre 80 y 150 W de carga térmica, según la actividad realizada.

• La ofimática: La proliferación de aparatos electrónicos, ordenadores, impresoras, y fotocopiadoras, que forman parte de las oficinas modernas, generan cargas térmicas importantes.

• La iluminación: la iluminación es un factor de calentamiento importante. Se estima en una carga de entre 15 a 25 W/m². Muchos Grandes Almacenes modernos pueden calentarse gracias únicamente a su sistema de iluminación y al calor producido por los usuarios. Esta situación es bastante frecuente en Europa.

Evidentemente, muchas de estas cargas son favorables en invierno, pero no en verano. Todas ellas deberían ser dominadas y compensadas si uno desea obtener un ambiente confortable en verano. El único medio de asegurarse esta comodidad es la climatización. MODO DE REFRIGERACIÓN Los principios de la refrigeración se basan en transporte de calor de un punto a otro, y el medio generalmente usado para este movimiento de calor es el refrigerante.

El refrigerante atraviesa un intercambiador de calor interno para absorber el exceso de calor presente en el equipo. Pasa entonces al estado gaseoso y se lleva hacia el intercambiador exterior por tubos de cobre de sección pequeña para descargar el calor acumulado en la atmósfera. El refrigerante de esta manera se hace otra vez líquido y se lleva de nuevo al intercambiador interior para comenzar otra vez el mismo ciclo, continuando todo esto, hasta la obtención de la temperatura deseada.

Los mejores sistemas de refrigeración son los grandes. Una máquina refrigeradora produce agua fría, conocida como chiller, que después se distribuye a climatizadores por tuberías. MODO CALEFACCIÓN Los climatizadores denominados reversibles permiten, además, hacer el ciclo antes indicado, pero para el proceso de calentamiento. Un climatizador reversible extrae el calor 'libre" del exterior y lo transfiere hacia el interior. Este principio sigue trabajando en días muy fríos con las temperaturas exteriores de -5 °C, -10 °C y hasta-15 °C, según el tipo de climatizador usado. Por consiguiente, el climatizador reversible constituye un sistema de calefacción separado y permite calentarse y refrescarse con el mismo aparato.

http://es.wikipedia.org/wiki/Chiller


RECAI 130

Sin embargo, suele resultar más económico, desde el punto de vista del consumo energético, utilizar un calentador por combustión (caldera) suministrando el calor mediante un caloportador al sistema de reparto interior.

Climatización en los centros de trabajo Las condiciones de trabajo climáticas son la temperatura y la humedad en las que se desarrolla un trabajo. El trabajo físico genera calor en el cuerpo. Para regularlo, el organismo humano posee un sistema que permite mantener una temperatura corporal constante en torno a los 37 ºC. La regulación térmica y sensación de confort térmico depende del calor producido por el cuerpo y de los intercambios con el medio ambiente. Todo ello está en función de:

• Temperatura del ambiente.

• Humedad del ambiente.

• Actividad física que se desarrolle.

• Clase de vestimenta.

Unas malas condiciones termohigrométricas pueden ocasionar efectos negativos en la salud que variarán en función de las características de cada persona y su capacidad de aclimatación, así podemos encontrar resfriados, congelación, deshidratación, golpes de calor y aumento de la fatiga, lo que puede incidir en la aparición de accidentes.

Las condiciones ambientales de los lugares de trabajo, en concreto la temperatura del aire, la radiación, la humedad y la velocidad del aire, junto con la "intensidad" o nivel de actividad del trabajo y la ropa que se lleve, pueden originar situaciones de riesgo para la salud de los trabajadores, que se conocen como estrés térmico, bien por calor o por frío.

Se puede producir riesgo de estrés térmico por calor en ambientes con temperatura del aire alta (zonas de clima caluroso, verano), radiación térmica elevada (fundiciones, acerías, fábricas de ladrillos y de cerámica, plantas de cemento, hornos, panaderías, etc.), altos niveles de humedad (minas, lavanderías, fábricas de conservas, etc.), en lugares donde se realiza una actividad intensa o donde es necesario llevar prendas de protección que impiden la evaporación del sudor.

En caso de la realización de tareas en el exterior hay que contemplar también otros factores climáticos como la exposición al sol, capaz de causar cáncer de piel. Climatización: ¿qué sistema es el más adecuado?


RECAI 131

Con los cambios de temperatura de las estaciones, nos solemos plantear tomar alguna medida adecuada para mejorar la climatización de nuestro hogar. ¿Cuál es la mejor para cada circunstancia? Es habitual que nos acordemos de encontrar un buen sistema de climatización para nuestro hogar cuando la temporada de frío llega de golpe o cuando el calor nos sorprende y se hace más agobiante e incómodo dentro de casa. Así que vamos a dar algunos consejos a tener en cuenta para conseguir el mejor clima en el interior de cada hogar y lugar de trabajo, tanto en invierno como en verano. Consideraciones previas Resulta fundamental lograr un buen aislamiento en puertas y ventanas antes de decidirse por cualquier sistema de climatización. Tanto si necesitamos refrigeración como calefacción, es importante no descuidar este detalle. Es conveniente comprobar si nuestras ventanas cierran perfectamente y no permiten la entrada ni salida de aire. De poco servirá refrigerar un dormitorio en el verano si se escapa por culpa de una ventana mal sellada. Lo mismo ocurre con las puertas. Es necesario para mejorar el rendimiento de cualquier sistema de climatización y ahorrar en el consumo energético. Esto no es siempre fácil de conseguir, depende de las circunstancias de cada hogar, pero si tenemos posibilidad, es muy conveniente mantener las puertas cerradas para mantener mejor la temperatura interior. SISTEMAS DE CALEFACCIÓN: CARACTERÍSTICAS Existen múltiples opciones en el mercado, pero ¿cuál elegir? Siempre dependerá mucho de la zona climática donde vivamos y del uso que necesitemos. Elegir un sistema u otro también puede depender de si queremos aclimatar una habitación o toda una casa. Veamos las opciones principales y sus características:

• Radiadores: un sistema tradicional que consigue irradiar calor a través de una red interna de tuberías que se calientan por resistencias.

− Ventajas: no emiten gases ni otras sustancias, no requieren instalación y los hay portátiles, ideal para pequeñas estancias.

− Desventajas: requieren mucha potencia y gran consumo. Se necesitaría un aparato, como mínimo, para cada habitación.

• Estufas: son equipos eléctricos pequeños, de uso doméstico extendido.


RECAI 132

− Ventajas: fácil utilización, calientan rápido.

− Desventajas: consumen mucha energía y requieren estar siempre conectados, si los apagamos dejan de emitir calor al instante.

• Calderas: un sistema práctico especialmente para edificios grandes o para

uso de forma colectiva.

− Ventajas: se pueden adaptar a cada necesidad en el caso de una comunidad y se paga sólo lo que se consume.

− Desventajas: requiere mantenimiento, una instalación y suficiente

espacio para ubicarla.

• Acumuladores de calor: son muy similares a las estufas o radiadores y consumen energía eléctrica para producir calor y acumularlo. Suelen ser cerámicos y los hay estáticos (son más básicos) y dinámicos (más eficaces).

− Ventajas: es una buena solución para grandes estancias y en zonas de

frío frecuente, fácil instalación y solución limpia y segura.

− Desventajas: requieren una tarifa energética con horarios reducidos para no consumir en exceso y se necesita calcular exactamente los metros cuadrados a climatizar por cada aparato. El precio es elevado y en inmuebles antiguos necesita de una importante reforma previa.

• Emisores térmicos: o también denominados calor azul o radiadores de

termofluido, son similares a los radiadores, pero disponen de un armazón de aluminio que expande el calor. Los hay de fluido, que dan una respuesta rápida y mantienen bien la temperatura; los secos, que son algo más estrechos y calientan muy rápido; y los cerámicos, que son más delgados, pero de menor potencia.

− Ventajas: fácil instalación, consumen poco, no requieren apenas

mantenimiento, fácil manejo y programables a nuestras necesidades.

− Desventajas: al ser una novedad no son especialmente baratos, y requieren medir bien los metros cuadrados para calcular la potencia necesaria, y requieren un correcto aislamiento térmico.

• Toalleros eléctricos: diseñados para los cuartos de baño, son útiles para

colgar las toallas.

− Ventajas: mantienen las toallas secas durante todo el día y consumen poca energía.


RECAI 133

− Desventajas: emiten muy poco calor y son más aconsejables en pequeños aseos.

• Aire acondicionado con bomba de calor: es el mismo aparato que nos

sirve para refrigerar en verano.

− Ventajas: se usa tanto en verano como en invierno y tiene un consumo variable en función del aparato.

− Desventajas: calientan por aire por lo que requiere buen aislamiento

térmico, resecan el ambiente. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

• Aire acondicionado: un sistema muy extendido, que suele ser eficaz y rápido a la hora de refrigerar una estancia. Existen varios sistemas, el de split que dispone de una unidad exterior y una consola interior, el portátil que no requiere unidad exterior y el centralizado, que necesita una importante instalación.

− Ventajas: refrigeran rápido, no ocupan mucho espacio, pues se suelen

colgar de la pared, son silenciosos. Los que tienen el sistema "Inverter" consumen mucha menos energía. Hay mucha oferta de marcas y modelos a todos los precios.

− Desventajas: los de splits requieren una engorrosa unidad exterior

instalada lo más próxima posible a la consola interior, y requieren instalación. Los portátiles no refrigeran mucho y son ideales para pequeñas habitaciones. El sistema centralizado necesita una instalación con obra en toda la casa. Todos ellos resecan en exceso el ambiente.

OTROS SISTEMAS

• Ventiladores: son una opción económica pero menos efectiva para las zonas o épocas de menos calor. Remueven el aire de la habitación produciendo una agradable sensación, pero no refrigeran el ambiente. Los hay de techo, de muchos diseños y de suelo fácil de transportar. Consumen poco y son asequibles para casi todos los bolsillos.

• Humidificadores: los hay de muchos tipos y tamaños y son ideales para mantener el nivel adecuado de humedad en el hogar. Están especialmente indicados para personas con problemas relacionados con la humedad. Son un buen complemento para el aire acondicionado.


RECAI 134

Consideraciones finales Es necesario conocer bien las necesidades que vamos a tener tanto en invierno como en verano e informarse de los consumos de cada aparato, si no queremos llevarnos una sorpresa en la factura de la compañía energética. Si vamos a adquirir un sistema integral para todo el hogar es conveniente que revisemos la potencia eléctrica que tenemos y si será suficiente. Muy útil es probar los aparatos a través de alguien conocido para hacernos una idea más clara de cómo refrigeran o calientan. Y, por último, ajustar bien la inversión en función del consumo que le vayamos a dar, pero siempre tengamos en cuenta que necesitaremos aparatos algo más potentes de lo justo, para que trabajen con cierto desahogo y no se fuercen en exceso cuando los tengamos encendidos.

SISTEMAS DE CONTROL DE VENTILACIÓN Y CLIMATIZACIÓN

Documents

Transcript of SISTEMAS DE CONTROL DE VENTILACIÓN Y CLIMATIZACIÓN